Luyện tập Tách kim loại và tái chế kim loại CD

Thành phần chính của khoáng vật calcite là CaCO₃.

→ Nước tự nhiên ở khu vực có khoáng vật calcite thường chứa cation kim loại Ca²⁺.

Trong vỏ Trái Đất, đa số các nguyên tố kim loại tồn tại ở dạng hợp chất oxide và muối không tan.

Mg là kim loại hoạt động hóa học manh nên sơ đồ thích hợp để tách Mg từ MgO là:

MgO MgCl₂ Mg.

Các thí nghiệm thu được kim loại sau khi phản ứng kết thúc là: (a), (b), (e).

MgCl₂ Mg + Cl₂

Fe²⁺ + Ag⁺ → Fe³⁺ + Ag

H₂ + CuO H₂O + Cu

Khoáng vật hematide có thành phần chính là Fe₂O₃.

K là kim loại hoạt động hóa học mạnh nên các phương pháp tách thích hợp là: điện phân KCl nóng chảy và điện phân nóng chảy KOH.

Na là kim loại hoạt động hóa học mạnh → để tách kim loại Na, người ta thường điện phân NaCl nóng chảy.

n_Cu²⁺ = n_CuSO4 = 0,2 (mol)

Quá trình điện phân:

⇒ m_{dd giảm} = m_Cu + m_O2 = 0,2.64 + 0,1.32 = 16 (gam)

Gọi muối cần tìm là MCl_n.

Bảo toàn khối lượng ta có:

m_Cl2 = m_MCln – m_M = 1,9 – 0,48 = 1,42 gam

        2MCl_n 2M + nCl₂

mol:         ←         0,02

Theo bài ra ta có: = ⇔ M = 12n

⇒ n = 2; M = 24

Vậy M là Mg.

Ion kim loại bị khử: Mⁿ⁺ + ne → M.

n_CO + n_H2 = 1 mol

Bảo toàn O:

n_{O (trong oxide)} = n_{CO + H2} = 1 mol

Bảo toàn khối lượng:

m_oxide = m_Fe + m_O ⇒ m_Fe = 58 – 16 = 42 gam

Quy đổi hỗn hợp X thành Fe và O. 

TN₁:

CO + O → CO₂ ; H₂ + O → H₂O

Theo phương trình hóa học: n_O(X) = n_{hh khí} = = 0,24 (mol).

TN₂: 

- Gọi số mol Fe trong X là x (mol)

Bảo toàn nguyên tố Fe ⇒ n_Fe(NO3)3 = n_Fe(X) = x (mol).

- Xét quá trình cho – nhận electron:

Fe → Fe³⁺ + 3e

O + 2e → O^2- ; N⁵⁺ + 3e → N²⁺

Bảo toàn electron: 3n_Fe(X) = 2n_O(X) + 3n_NO ⇒ n_NO= = x – 0,16 (mol)

Bảo toàn nguyên tố N ⇒ n_HNO3p/ứ = 3n_Fe(NO3)3 + n_NO

⇒ 0,72 = 3x + x – 0,16 ⇒ x = 0,22 (mol).

Vậy: m = m_Fe(X) + m_O(X) = 0,22.56 + 0,24.16 = 16,16 (g).

Phương pháp nhiệt luyện dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình và yếu.

→ Dãy kim loại thỏa mãn là: Fe, Ni, Zn.

CO khử được các oxide kim loại của kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa thành kim loại và khí CO₂.

⇒ CO chỉ khử được CuO thành Cu; Al₂O₃ và MgO không bị khử.

Việc tái chế các kim loại phổ biến (như sắt, thép, nhôm, đồng) thường được thực hiện qua các công đoạn theo sơ đồ dưới đây:

Thu gom, phân loại phế liệu → nghiền, băm nhỏ → luyện kim (nung chảy, tinh luyện) → tạo vật liệu → vận chuyển.

n_Al = 0,25 (mol)

Khối lượng chất tan trong dung dịch giảm bằng khối lượng thanh kim loại tăng.

        2Al + 3M²⁺ → 2Al³⁺ + 3M

mol: 0,25                           0,375

⇒ Δm_{KL tăng} = 0,375.M – 6,75 = 17,25 

⇒ M = 64 (Cu)

Điện phân dung dịch CuCl₂:

Tại cathode (–): Cu²⁺ + 2e → Cu

Tại anode (–): 2Cl^– → Cl₂ + 2e

Phương pháp thủy luyện thường được dùng để tách những kim loại hoạt động hóa học yếu như Cu, Ag, Au,... ra khỏi dung dịch muối của chúng bằng các kim loại có tính khử mạnh hơn như Fe, Zn,...